離子色譜講座

高效離子色譜的性能特點(diǎn)及其在化工、環(huán)境、生化等領(lǐng)域的應(yīng)用青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司2009年2月目錄一離子色譜概述二離子色譜的基本原理及特點(diǎn)三可分析的樣品及其處理四離子色譜的應(yīng)用一離子色譜概述1色譜的由來2離子色譜的定義和發(fā)展3離子色譜的優(yōu)點(diǎn)4離子色譜與其它色譜的關(guān)系

1色譜的由來色譜（Chromatogrphy）是由俄國(guó)植物學(xué)家Tswett（茨維特）于1903年提出的，他在一根細(xì)長(zhǎng)的玻璃管中裝入碳酸鈣粉末，然后將植物綠葉的石油醚萃取液倒入管中，萃取液的色素就被吸附在管上部的碳酸鈣上，再由純凈的石油醚洗脫這些被吸附的色素，于是在碳酸鈣上形成了一圈一圈的色帶，這些色帶被稱為色譜。經(jīng)過許多年的發(fā)展，“色譜”一詞已涵蓋許多技術(shù)領(lǐng)域。新型固定相發(fā)展，和氣體、液體以及超臨界流體作為可動(dòng)相的使用，色譜逐漸成為最為有效的分離分析手段。離子色譜是色譜技術(shù)的一個(gè)分支。2離子色譜的定義和發(fā)展離子色譜〔IC〕是高效液相色譜的一種。是以分析離子為主的一種液相色譜方法?，F(xiàn)代IC的開始源于H.Small及其合作者的工作，他們于1975年發(fā)表了第一篇IC論文，采用第二根柱-抑制柱來提高分析的靈敏度，同年商品化儀器問世。1979年Fritz等人提出了另一種分離分析無(wú)機(jī)陰離子的方法，不采用抑制柱，即非抑制型離子色譜。早期的離子色譜主要用于陰離子分析，現(xiàn)在在無(wú)機(jī)和有機(jī)陰、陽(yáng)離子及高極化分子分析起到了重要的作用。體現(xiàn)在：離子色譜在對(duì)元素不同價(jià)態(tài)的分析及在線濃縮富集和基體消除方面有其優(yōu)勢(shì)。在強(qiáng)堿性介質(zhì)中，單糖和低聚糖以陰離子方式存在，用安培檢測(cè)器，直接進(jìn)樣檢測(cè)濃度可達(dá)pmol/L。離子色譜可用于氨基酸分析，無(wú)須衍生，用安培檢測(cè)器，檢測(cè)濃度可達(dá)pmol/L。采用多維分離柱（離子交換、離子對(duì)、反相分離機(jī)理），可同時(shí)分離離子型和非離子型化合物。淋洗液在線發(fā)生器-只加水模式（KOH）3離子色譜的優(yōu)點(diǎn)1快速、方便對(duì)常規(guī)的7種陰離子(F-、

Cl-

、Br-

、NO2-

、NO3-

、SO42-、

PO43-)，6種常見的陽(yáng)離子(Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+)分析時(shí)間小于10min。2靈敏度高分析濃度為ug/L～mg/L，最低可達(dá)10-12g/L。3選擇性好4可同時(shí)分析多種離子化合物分離柱的穩(wěn)定性好，容量高苯乙烯/二乙烯苯填料高PH及有機(jī)溶劑穩(wěn)定

離子色譜液相色譜氣路（氮?dú)饣蚝猓?duì)用NaOH流動(dòng)相，用于保護(hù)流動(dòng)相以免同空氣接觸。其它系統(tǒng)可以不用氣路，用量少。一般無(wú)，但ELSD和MS需要，用量大。流路系統(tǒng)全peek材料，耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿和一般反相有機(jī)試劑特殊金屬材料為主，耐有機(jī)溶劑，不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿流動(dòng)相以強(qiáng)酸強(qiáng)堿為主，兼反相系統(tǒng)，不能用于正相。流動(dòng)相種類少正反相系統(tǒng)兼離子交換。種類相對(duì)較多。試劑要求對(duì)去離子水要求極高，大于17.8mΩ,成本很高。有機(jī)試劑也要考慮離子雜質(zhì)，至少HPLC級(jí)。水要求相對(duì)較低，大于10mΩ，成本不高。要求HPLC級(jí)試劑。色譜柱通用性較差，樣品對(duì)柱子有很強(qiáng)的選擇性，品牌少選擇余地小，價(jià)格高。通用性強(qiáng)，品牌多選擇余地大，價(jià)格相對(duì)較低。抑制器有二種：?jiǎn)沃ǎo(wú)）和雙柱法，靈敏度高用電導(dǎo)時(shí)，測(cè)定陰離子可以需要。檢測(cè)器以電導(dǎo)為主，可以用PAD、UV、FU、MS等以紫外為主，其它的有FU、DAD、RI、PAD、ELSD、MS、ED等分析對(duì)象早期以陰離子為主，現(xiàn)可以分析無(wú)機(jī)、有機(jī)陰陽(yáng)離子，也可分析極性的有機(jī)物，糖及生物大分子等。分子對(duì)象范圍較小，以離子化合物為主?？梢苑治霾糠譄o(wú)機(jī)物，但靈敏度低。以有機(jī)物為主，選擇不同的柱子可以分子各種大小分子。分析對(duì)象范圍大。4離子色譜與液相色譜的區(qū)別二離子色譜的基本原理及特點(diǎn)1離子色譜的柱填料及類型2離子色譜的基本原理3抑制器的基本工作原理及發(fā)展4淋洗液的組成5

離子色譜的檢測(cè)方式1離子色譜的柱填料及類型

一些天然化合物如沸石和微晶高嶺土，可以無(wú)機(jī)離子交換劑。HPLC中在硅膠表面鍵合離子交換劑（SAX，SCX型），其特點(diǎn)是耐壓。但PH范圍窄，2-8。HPIC中采用苯乙烯-二乙烯苯共聚的離子交換樹脂。其特點(diǎn)是交換迅速，在寬PH范圍內(nèi)穩(wěn)定，有較好的機(jī)械強(qiáng)度，但柱效比硅膠柱低。薄殼型陰離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)5μmSO-3SO-3SO-3SO-3SO-3SO-3SO-30.1mmDiameterLatexCoreIonExchangeSurfaceR3N+R3N+N+R3N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3R3N+R3N+N+R3N+R3離子色譜的柱類型陰離子交換柱陽(yáng)離子交換柱離子排斥柱多維色譜柱糖柱氨基酸柱、DNA柱、蛋白柱2離子色譜的基本原理離子色譜是高效液相色譜的一種模式，其定義同高效液相色譜。經(jīng)典的離子交換色譜與現(xiàn)代離子色譜(HPIC)，在進(jìn)樣方式，分離類型和檢測(cè)系統(tǒng)上，有較大的區(qū)別。HPIC以離子交換機(jī)理為主，以電導(dǎo)為主要檢測(cè)器，主要檢測(cè)對(duì)象早期為無(wú)機(jī)陰陽(yáng)離子，后應(yīng)用到其它領(lǐng)域。抑制器是一個(gè)重要的部件，可大大提高靈敏度。慢中等快Temporalcourse淋洗液色譜分離示意圖A.

高效離子交換色譜法（HPIC）：分離是基于發(fā)生在流動(dòng)相和鍵合在基質(zhì)上的離子交換基團(tuán)之間的離子交換過程，也包括部分非離子的相互作用。這種分離方式可用于有機(jī)和無(wú)機(jī)陰離子和陽(yáng)離子的分離。B.

高效離子排斥色譜（HPICE）：分離是基于固定相和被分析物之間三種不同的作用-Donnan排斥、空間排斥和吸附作用。這種分離方式主要用于弱的有機(jī)和無(wú)機(jī)酸及醇類的分離。離子色譜的分離方式C.

離子對(duì)色譜法（MPIC）：分離是基于被分析物在分析柱上的吸附作用。分析柱的選擇性主要取決于可動(dòng)相的組成和濃度。流動(dòng)相除了加入有機(jī)改性劑之外，還需加入離子對(duì)試劑。這種分離方式可用于表面活性陰離子和陽(yáng)離子以及過渡金屬絡(luò)和物的分離。D.其它分離方式3抑制器的基本工作原理及發(fā)展

SuppressionTimeLineFibersuppressioncommercializedMicroMembraneSuppressorsintroducedAutoRegen?introducedSRS?-IAutoSuppression?introduced2-mmMicroMembraneSuppressorsintroducedSRS-IIintroduced1981198519871991199219971975SRS-ULTRASuppressorsintroduced19982000MMSIIISuppressorsintroduced抑制器發(fā)展的四個(gè)階段1樹脂填充式抑制器（1975）不能連續(xù)工作，死體積大2管狀纖維膜抑制器（1981）可連續(xù)工作，容量中等，機(jī)械強(qiáng)度較差3平板微膜抑制器（1985）可連續(xù)工作，高容量?？蛇M(jìn)行梯度洗脫4自身再生抑制器（1992）通過電解水產(chǎn)生所需離子，平衡快，背景低，可在40%反相有機(jī)溶劑中使用。

1提高待測(cè)離子的電導(dǎo)值：

提高靈敏度Na+,Cl-H+,Cl-2降低背景電導(dǎo)(淋洗液):

減少噪音Na+,HCO3-H2CO3Na+,OH-H2O抑制器的作用陰離子抑制器淋洗液(Na2CO3)分析柱HF,HCI,H2SO4inH2CO3NaF,NaCl,

Na2SO4inNa2CO3廢液H2O無(wú)抑制器CounterIonsSTimeSTime有抑制器廢液H2OH+Na+樣品F,CI,SO42---FSO42CI---FSO42CI---陽(yáng)極陰極OH-

電極－電極＋離子交換膜離子交換膜淋洗液格網(wǎng)再生液格網(wǎng)再生液格網(wǎng)自分離柱

至檢測(cè)池排放

檢測(cè)池或再生液瓶自動(dòng)再生連續(xù)抑制器的結(jié)構(gòu)Y+Na+

X-:

樣品中的陰離子Y+:

樣品中的陽(yáng)離子H2OH2OOH-Na+Y+H2ONa+Y+

X-

Na+CO32-(樣品,淋洗液)H+H++CO32-H++X-

至檢測(cè)器H2CO3H+X-H+

+O2H2OH2

+OH-H2ONa+OH-,H2H2O,O2廢液廢液電極（－）電極（＋）純水或來自檢測(cè)器的流體

H+H+H+H+陽(yáng)離子交換膜陽(yáng)離子交換膜抑制器的工作原理(陰離子)H2OH2OH+

+O2H2OH2

+OH-H2O廢液/氣體廢液H2OSO42-Y+

X-H+MSA-(樣品e,淋洗液）OH-OH-MSA-SO42-X-OH-MSA-SO42-X-H+MSA-,O2H2O,H2H++OH-Y++OH-

H+

至檢測(cè)器H2OY+OH-X-:

樣品中的陰離子Y+:

樣品中的陽(yáng)離子電極（＋）電極（－）陰離子交換膜陰離子交換膜純水或來自檢測(cè)器的液體

抑制器的工作原理(陽(yáng)離子)

淋洗液泵

進(jìn)樣閥

柱抑制器檢測(cè)池廢液反壓管電源循環(huán)再生模式流程圖

溶離液泵柱廢液廢液純水電源加壓進(jìn)樣閥抑制器

檢測(cè)池反壓管外加水模式流程圖

溶離液泵柱廢液廢液再生液加壓進(jìn)樣閥抑制器檢測(cè)池化學(xué)再生模式流程圖4淋洗液的組成1陽(yáng)離子硫酸、甲基磺酸、鹽酸、硝酸2陰離子

B4O72-

、OH-

、HCO3-

、CO32-3有機(jī)改性劑甲醇、乙腈、異丙醇4糖及氨基酸

NaOH、NaAc5離子色譜的檢測(cè)方式電導(dǎo)檢測(cè)具有電導(dǎo)性化合物的通用型檢測(cè)器離子色譜最常用的檢測(cè)器電化學(xué)(安培法)在特定的條件下可對(duì)某些化合物直接進(jìn)行氧化還原反應(yīng)分為直流安培，脈沖安培，積分安培紫外－可見光度法紫外直接吸收或可見光光度法測(cè)定選擇性強(qiáng)可進(jìn)行柱后衍生熒光法

HPLC質(zhì)譜檢測(cè)法三高效離子色譜儀的組成1泵2流動(dòng)相3進(jìn)樣閥4色譜柱5抑制器6柱箱7檢測(cè)器8色譜工作站離子色譜系統(tǒng)示意圖流動(dòng)相儲(chǔ)罐泵保護(hù)柱分析柱抑制器色譜工作站流路離子交換分離檢測(cè)器數(shù)據(jù)采集和處理進(jìn)樣器電導(dǎo)池(安培池)四可分析的樣品及其預(yù)處理1堿金屬和堿土金屬，短鏈有機(jī)胺2無(wú)機(jī)陰離子3小分子有機(jī)酸4單糖、雙糖及線性寡糖5極性及非極性有機(jī)化合物離子色譜送樣的注意點(diǎn)1注明須測(cè)化合物的結(jié)構(gòu)2被測(cè)組分的大致濃度3如果是水溶液注明酸堿性，固體則注明溶解性3被測(cè)組分是常量還是微量4其它可能存在的干擾離子5是否存在有機(jī)化合物樣品的預(yù)處理首先弄清被測(cè)組分的濃度，高濃度的樣品極易損傷色譜柱高濃度有機(jī)物及基體中微量無(wú)機(jī)離子的測(cè)定應(yīng)采用特殊方法處理樣品一般儲(chǔ)存在塑料瓶（聚丙稀，PP）中，注意樣品稀釋的空白過濾樣品中除去顆粒物用0.45μm

或0.22μm

濾膜用高純水沖洗濾膜，以減少沾污稀釋待測(cè)物濃度較高時(shí)，應(yīng)預(yù)先稀釋.降低干擾物的濃度.去除干擾物預(yù)處理柱，超濾固相萃取?液相萃取?離心?鹽析在線柱處理樣品處理的方法OnGuardAg:Ag型陽(yáng)離子交換樹脂除鹵素Cl-OnGuardH

:H型陽(yáng)離子交換樹脂除陽(yáng)離子OnGuardA

:HCO3型陰離子交換樹脂除陰離子OnGuardRP

:二乙烯基苯聚合物去除疏水性物質(zhì)如表面活性劑OnGuardP

:聚乙烯－吡硌烷酮聚合物去除苯酚、染料OnGuardBa

:Ba

型陽(yáng)離子交換樹脂去除硫酸根預(yù)處理柱準(zhǔn)備進(jìn)樣萃取１萃?。补滔噍腿?/p>

02468101214Retentiontime(min)010mS02468101214Retentiontime(min)010mS１２３４５６７１３５６７處理前

OnGuard-Ag處理后1.Ｆ－

2.Ｃｌ－

3.ＮＯ２－

4.Ｂｒ－

5.ＮＯ３－

6.ＨＰＯ４２－

7.ＳＯ４２－

六離子色譜在環(huán)境、化工、生化等領(lǐng)域的應(yīng)用

目前離子色譜的應(yīng)用已經(jīng)滲透到眾多領(lǐng)域。應(yīng)用的范圍從分析水中常見陰陽(yáng)離子和有機(jī)酸，發(fā)展到分析極性有機(jī)化合物以及生物樣品中的糖（單糖、寡糖）氨基酸、肽、蛋白質(zhì)等。環(huán)境分析是離子色譜的重要應(yīng)用領(lǐng)域，主要是樣品中陰陽(yáng)離子以及對(duì)環(huán)境有害物質(zhì)的分析，特別是價(jià)態(tài)和形態(tài)的分析。著重在飲用水，生活污水和工業(yè)廢水的分析。

90年代以來，微電子行業(yè)發(fā)展很快，對(duì)半導(dǎo)體制造中使用的超純水的分析，是IC應(yīng)用的一個(gè)重要方面。另外核電廠、火力發(fā)電廠的水質(zhì)分析也離不開離子色譜。在食品和飲料分析中，有機(jī)酸、陰陽(yáng)離子、胺和糖等分析已十分廣泛。電力冷卻水/HPW

鍋爐蒸汽中的雜質(zhì)食品/飲料酒/飲料/糖果

飲料中有機(jī)酸造紙./紙漿紙漿液?處理水

張紙和液體中的離子農(nóng)業(yè)肥料